KR102903986B1

KR102903986B1 - 인쇄회로기판의 제조방법

Info

Publication number: KR102903986B1
Application number: KR1020230006588A
Authority: KR
Inventors: 이영민; 이영호; 이은열; 조도연
Original assignee: 주식회사 티엘비
Priority date: 2023-01-17
Filing date: 2023-01-17
Publication date: 2025-12-24
Anticipated expiration: 2043-01-17
Also published as: KR20240114451A

Abstract

본 발명은 홀이 형성된 기판에 적어도 하나 이상의 정전류와 적어도 하나 이상의 역전류로 구성되는 펄스 전류를 이용하여 전해 도금을 시키는 도금 단계를 포함하고, 상기 정전류의 전류 밀도값이 0.85 A/dm² 이상, 1.0 A/dm² 이하이며, 상기 역전류의 전류 밀도값이 -2.3 A/dm² 이상, -1.7 A/dm² 이하인 인쇄회로기판의 제조방법을 제공한다.

Description

인쇄회로기판의 제조방법{Manufacturing method of printed circuit board}

본 발명은 인쇄회로기판의 제조방법 및 인쇄회로기판에 관한 것이다. 특히, 홀이 형성된 기판에 적어도 하나 이상의 정전류와 적어도 하나 이상의 역전류로 구성되는 펄스 전류를 이용하여 전해 도금을 시키는 도금 단계를 포함하여 인쇄회로기판을 제조하는 방법 및 제조방법에 의해서 제조된 인쇄회로 기판에 관한 것이다.

본 발명의 인쇄회로기판의 제조방법은 인쇄회로기판의 크기가 축소된 홀의 내부 및 입구의 도금 두께의 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 포고 핀(pogo pin) 삽입을 위한 홀의 입구 직경을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 인쇄회로기판의 제조방법은 도금 후 인쇄회로기판의 홀 내벽의 기계적 신뢰성 및 열적 신뢰성을 확보할 수 있다.

즉, 본 발명의 제조방법은 고집적 파인 피치(fine pitch) 제품의 제조에 적용되어 우수한 성능의 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.

피치(pitch)가 0.3 mm를 초과하는 기존의 인쇄회로기판(PCB)의 홀의 직경은 통상 200 μm 이상으로 제조되었다.

따라서, 홀의 직경이 충분히 확보되므로 도금 진행 후 인쇄회로기판의 실장 과정에서 포고 핀(pogo pin)의 삽입에 큰 문제가 발생하지 않았다.

그러나, 전자 부품의 고성능화에 따라 인쇄회로기판의 집적도가 높아지면서, 피치(pitch)가 0.3 mm 이하인 파인 피치(fine pitch) 제품이 요구됨에 따라서, 인쇄회로기판의 홀의 직경도 축소되고 있는 실정이다.

그러나, 기존의 동 도금 방법(예를 들어, 수직 동 도금(vertical copper plating))은 통상 직류(DC) 도금 방식으로 홀 입구가 과도하게 도금되어 홀의 입구의 직경이 과도하게 축소되는 경향이 있고, 홀의 입구 및 내부를 균일한 두께로 도금하기가 어려웠다.

예를 들어, 기존의 동 도금 방법으로는 홀 중앙부의 도금 두께가 극단적으로 얇아져서 신뢰성에 문제가 발생할 수 있고, 홀 내부를 두껍게 도금하기 위해 장시간의 도금을 하면 과도한 비용이 발생하거나 새로운 결함이 발생할 수 있다.

특히, 홀의 크기가 축소됨에 따라서, 과도하게 축소되는 입구의 직경은 포고 핀의 삽입에 문제가 되고 있다.

즉, 인쇄회로기판의 홀의 직경의 축소에 따라서, 홀에 대한 동도금 방법이 인쇄회로기판의 특성에 중요한 영향을 끼치게 되고, 특히 포고 핀의 삽입이 가능하도록 홀 내부 및 입구의 균일한 두께의 도금이 가능한 인쇄회로기판의 제조방법이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0094464호

본 발명은 인쇄회로기판의 크기가 축소된 홀의 내부 및 입구의 도금 두께의 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 포고 핀(pogo pin) 삽입을 위한 홀의 입구 직경을 확보할 수 있는 인쇄회로기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 인쇄회로기판의 제조방법은 도금 후 인쇄회로기판의 홀 내벽의 기계적 신뢰성 및 열적 신뢰성을 확보하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 제조방법은 고집적 파인 피치(fine pitch) 제품의 제조에 적용되어 우수한 성능의 인쇄회로기판을 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 홀이 형성된 기판에 적어도 하나 이상의 정전류와 적어도 하나 이상의 역전류로 구성되는 펄스 전류를 이용하여 전해 도금을 시키는 도금 단계를 포함하고,

상기 정전류의 전류 밀도값이 0.85 A/dm² 이상, 1.0 A/dm² 이하이며, 상기 역전류의 전류 밀도값이 -2.3 A/dm² 이상, -1.7 A/dm² 이하인,

인쇄회로기판의 제조방법을 제공한다.

이러한 측면에 따라 앞선 종래의 문제들이 해결될 수 있으며, 이에 본 발명은 이의 구체적 실시예를 제공하는데 실질적인 목적이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 인쇄회로기판의 제조방법은 인쇄회로기판의 크기가 축소된 홀의 내부 및 입구의 도금 두께의 균일성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 포고 핀(pogo pin) 삽입을 위한 홀의 입구 직경을 확보할 수 있다.

제조된 인쇄회로기판은 플렉시블(flexible), 웨어러블(wearable), 스트레쳐블(stretchable) 및 구조 전자(structural electronics) 등 다양한 미래형 전자 기기에 적용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 인쇄회로기판의 제조방법의 전류 파형의 모식도이다.
도 2는 인쇄회로기판의 홀의 입구의 직경 및 홀의 벽면의 도금 두께를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 인쇄회로기판의 제조방법에 의해서 제조된 파인 피치 인쇄회로기판의 동도금된 홀 단면의 FIB(Focused Ion Beam) 사진이다.

이하에서, 발명의 실시 형태를 보다 상세하게 설명한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 다양한 파라미터가 범위, 바람직한 범위 또는 바람직한 상한 값 및 바람직한 하한 값의 열거로서 주어지는 경우, 범위가 별도로 개시되는지에 상관없이 임의의 한 쌍의 임의의 위쪽 범위 한계치 또는 바람직한 값 및 임의의 아래쪽 범위 한계치 또는 바람직한 값으로 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다.

수치 값의 범위가 본 명세서에서 언급될 경우, 달리 기술되지 않는다면, 그 범위는 그 종점 및 그 범위 내의 모든 정수와 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 범주는 범위를 정의할 때 언급되는 특정 값으로 한정되지 않는 것으로 의도된다.

본 명세서에서 수치범위를 나타내는 "a 내지 b" 및 "a~b"에서 "내지" 및 “~”는 ≥ a이고 ≤ b으로 정의한다.

본 발명의 일 측면에 따른 인쇄회로기판의 제조방법은 홀이 형성된 기판에 적어도 하나 이상의 정전류와 적어도 하나 이상의 역전류로 구성되는 펄스(pulse) 전류를 이용하여 전해 도금을 시키는 도금 단계를 포함할 수 있다.

상기 펄스 전류의 모식도를 도 1에 나타내었다.

한편, 상기 도금 단계에서 상기 정전류 및 상기 역전류의 전류 밀도가 1.2 A/dm² 미만일 수 있다.

예를 들어, 1.2 A/dm² 미만, 1.1 A/dm²이하 또는1.0 A/dm²이하일 수 있다.

종래, 인쇄회로기판의 제조의 도금 단계에서 적용되는 직류(DC) 도금 방식은 1.2 A/dm² 이상의 중, 고전류 구간에서 활성화되는 도금액 및 도금 장치를 사용하고 있고, 특히 홀의 도금 시 두껍고 불균일하게 도금되어 홀의 입구의 직경이 매우 좁아지고 홀의 벽의 도금 두께가 과도하게 두꺼워질 수 있어서, 파인 피치용 인쇄회로기판에 적용이 어려워질 수 있고, 특히 포고 핀의 삽입이 어려워질 수 있다.

이에 비하여, 본원의 인쇄회로기판의 제조방법은 상기 정전류 및 상기 역전류의 전류 밀도가 1.2 A/dm² 미만인 저전류 구간을 이용함으로써, 홀에 얇고 균일한 도금이 형성되어, 홀의 입구의 직경 및 홀의 벽의 두께를 파인 피치용 인쇄회로기판 제조에 적절하도록 관리할 수 있고, 특히 포고 핀의 삽입을 원활하게 할 수 있다.

일 구현예에 있어서, 상기 정전류의 전류 밀도값이 0.85 A/dm² 이상, 1.0 A/dm² 이하이며, 상기 역전류의 전류 밀도값이 -2.3 A/dm² 이상, -1.7 A/dm² 이하일 수 있다.

상기 역전류의 전류 밀도값은 상기 정전류의 전류 밀도값의 200% 초과, 230% 이하일 수 있다.

또한, 상기 역전류의 전류값은 상기 정전류의 전류값의 200% 초과, 230% 이하일 수 있다.

예를 들어, 정전류의 전류값은 160 A 이상, 190 A 이하이고, 역전류의 전류값은 -437 A 이상, -368 A 이하일 수 있다.

상기 기판은 폴리이미드 또는 에폭시를 포함할 수 있다.

상기 홀은 스루홀(through hole)일 수 있고, 상기 홀에는 포고 핀(pogo pin)이 삽입될 수 있다.

상기 펄스 전류는 펄스 정류기를 사용하여 인가할 수 있다.

상기 정전류의 전류 밀도값이 본원의 범위를 상회하면, 상기 홀의 입구의 직경이 좁아질 수 있다.

또한, 상기 정전류의 전류 밀도값이 본원의 범위를 하회하면, 상기 홀의 벽의 도금 두께가 불균일하게 되어 인쇄회로기판의 성능이 저하될 수 있다.

한편, 상기 역전류의 전류 밀도값이 본원의 범위를 상회하면, 상기 홀의 입구 및 벽의 도금 두께가 과도하게 얇아져서 후공정 진행 시, 에폭시가 노출되어 인쇄회로기판의 성능이 저하될 수 있다.

또한, 상기 역전류의 전류 밀도값이 본원의 범위를 하회하면, 상기 홀의 입구 및 벽의 도금 두께가 과도하게 두꺼워져서 포고 핀 삽입에 문제가 발생할 수 있다.

일 구현예에 있어서, 상기 펄스 전류의 상기 역전류의 전류 밀도값의 상기 정전류의 전류 밀도값에 대한 비(역전류의 전류 밀도값/정전류의 전류 밀도값)이 2.0 초과, 2.5 이하일 수 있다.

또한, 상기 정전류 인가 시간의 상기 역전류 인가 시간에 대한 비(정전류의 인가시간/역전류의 인가시간)이 20 이상, 40 이하일 수 있다.

상기 펄스 전류의 상기 역전류의 전류밀도값의 상기 정전류의 전류밀도값에 대한 비가 본원의 범위를 상회하면 도금 두께 미달로 인한 인쇄회로기판의 성능 및 품질을 저하시킬 수 있고, 상기 펄스 전류의 상기 역전류의 전류밀도값의 상기 정전류의 전류밀도값에 대한 비가 본원의 범위를 하회하면 과도금이 발생하여 pogo pin의 삽입이 불가능할 수 있다.

한편, 상기 정전류 인가 시간의 상기 역전류 인가 시간에 대한 비가 본원의 범위를 상회하면 과도금이 발생할 수 있고, 상기 정전류 인가 시간의 상기 역전류 인가 시간에 대한 비가 본원의 범위를 하회하면 도금 두께가 과도하게 얇아질 수 있다.

일 구현예에 있어서, 1 펄스의 상기 정전류의 인가 시간이 2 ms(millisecond, 밀리세컨드) 이상, 80 ms 이하이고, 1 펄스의 상기 역전류의 인가 시간이 0.1 ms 이상, 2 ms 이하일 수 있다.

예를 들어, 1 펄스의 상기 정전류의 인가 시간은 20 msec 이상, 40 msec 이하이고, 1 펄스의 상기 역전류의 인가 시간은 0.5 msec 이상, 2 msec 이하일 수 있다.

상기 1 펄스의 상기 정전류의 인가 시간이 본원의 범위를 상회하거나 하회하면, 과도금 혹은 미도금으로 인해 품질 문제를 일으킬 수 있고, 상기 1 펄스의 상기 역전류의 인가 시간이 본원의 범위를 상회하거나 하회하면, 도금 두께의 품질에 영향을 줄 수 있다.

한편, 본 발명의 도금 단계의 도금 시간은 60분 이상일 수 있다. 예를 들어, 60분 이상, 70 분 이상, 80 분 이상일 수 있고, 120 분 이하일 수 있다.

상기 도금 시간이 본원의 범위를 상회하면 과도하게 두꺼운 도금막이 형성되고, 본원의 범위를 하회하면 과도하게 얇은 도금막이 형성되어 인쇄회로기판의 성능 및 품질 저하를 발생시킬 수 있다.

일 구현예에 있어서, 상기 도금 단계는 수직 동 도금(vertial copper plating)에 의해서 도금될 수 있다.

일 구현예에 있어서, 상기 도금 단계의 도금액은 CuSO₄ 90 ~ 150 g/L, H₂SO₄ 170 ~ 250 g/L 및 염소 이온(Cl^-) 60 ~ 120 ppm을 포함할 수 있다.

또한, 상기 도금액은 광택제(brightener) 0.5 ~ 2 ml/L 및 캐리어(carrier (wetter)) 10.0 ~ 40 ml/L를 포함할 수 있다.

구리 공급원인 CuSO₄의 함량이 본원의 범위를 상회하거나 하회하면 전기 전도성에 문제가 발생하여 전류의 흐름에 문제를 발생시킬 수 있고, H₂SO₄의 함량이 본원의 범위를 상회하거나 하회하면 전도도 및 Anode Ball 용해에 문제를 발생시킬 수 있으며, 염소 이온의 함량이 본원의 범위를 상회하거나 하회하면, 첨가제의 흡착량 및 도금 속도에 문제가 발생할 수 있으며, 상기 광택제의 함량이 본원의 범위를 상회하거나 하회하면, 도금 석출 속도 및 편차에 영향을 줄 수 있으며, 상기 캐리어의 함량이 본원의 범위를 상회하거나 하회하면 과잉 도금 및 균일성이 저하되어 품질에 영향을 줄 수 있다.

일 구현에에 있어서, 본원의 인쇄회로기판의 제조방법에 의해서 제조된 상기 인쇄회로기판의 상기 홀의 입구의 직경이 80μm 이상일 수 있다.

또한, 상기 홀의 입구의 직경은 100μm 이하일 수 있다.

한편, 상기 홀의 도금 두께는 10 μm 이상, 25 μm 이하일 수 있다.

예를 들어, 상기 홀의 도금 두께는 12 μm 이상, 22 μm 이하일 수 있다.

또한, 상기 인쇄회로기판의 상기 홀의 벽면의 도금의 두께가 10μm 이상일 수 있다.

한편, 상기 인쇄회로기판의 상기 홀의 벽면의 도금의 두께는 20μm 이하일 수 있다.

예를 들어, 상기 인쇄회로기판의 상기 홀의 벽면의 도금의 두께는 12μm 이상, 16μm 이하일 수 있다.

상기 인쇄회로기판의 상기 홀의 입구의 직경 및 도금의 두께를 도 2에 나타내었다.

홀의 벽면에 가장 얇게 도금된 두께는 인쇄회로기판의 피치가 0.3 mm일 때 12.3 μm, 인쇄회로기판의 피치가 0.29 mm일 때 12.2 μm, 인쇄회로기판의 피치가 0.27 mm일 때 12.9 μm일 수 있다.

예를 들어, 인쇄회로기판의 피치가 0.3 mm 이하일 때, 홀의 벽면에 가장 얇게 도금된 두께는 13 μm 이하일 수 있다.

일 구현예에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 피치(pitch)가 0.2 mm 이상, 0.4 mm 이하일 수 있다.

예를 들어, 상기 인쇄회로기판의 피치(pitch)는 0.25 mm 이상, 0.35 mm 이하, 0.25 mm 이상, 0.30 mm 이하일 수 있다.

한편, 본 발명의 인쇄회로기판의 제조방법에 의해서 제조된 인쇄회로기판은 여러 전자 기기의 다양한 전자 부품에 적용될 수 있다.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.

실시예

본원의 제조방법에 의해서 제조된 피치(pitch)가 0.3 mm, 0.29 mm 및 0.27 mm인 인쇄회로기판를 제조하였다.

상기 피치(pitch)가 0.3 mm, 0.29 mm 및 0.27 mm인 인쇄회로기판의 도금 조건은 하기와 같다.

정전류의 전류 밀도: 0.95 A/dm²

역전류의 전류 밀도: -1.9 A/dm²

정전류의 전류값: 184A

역전류의 전류값: -424A

펄스 전류의 역전류의 전류값의 정전류의 전류값에 대한 비(역전류의 전류값/정전류의 전류값): 2.3

정전류 인가 시간의 역전류 인가 시간에 대한 비(정전류의 인가시간/역전류의 인가시간): 30

1 펄스의 정전류의 인가 시간: 30 ms

1 펄스의 역전류의 인가 시간: 1 ms

도금 시간: 80 분

또한, 도금을 위한 도금액은 120 g/L의 CuSO₄, 210 g/L의 H₂SO₄, 90 ppm의 Cl^-, 1.4 ml/L의 광택제 및 30 ml/L의 캐리어를 포함하였다.

도 3에 나타낸 바와 같이 제조예에 의해서 제조된 인쇄회로기판의 홀의 입구의 직경이 80μm 이상, 100μm 이하이고, 홀의 벽면의 도금의 두께가 10μm 이상, 20μm 이하였다.

또한, 홀의 입구 및 벽면에 형성된 도금막은 두께가 매우 균일함을 확인할 수 있었다.

한편, 도 3의 홀 크기는 도금 전 홀의 직경을 나타낸다.

즉, 본원의 제조방법에 의해서 제조된 인쇄회로기판은 파인 피치의 인쇄회로기판에 적용될 수 있는 포고 핀의 삽입에 문제가 없는 홀의 제조에 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

이상 본 발명의 구현예들을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims

홀이 형성된 기판에 적어도 하나 이상의 정전류와 적어도 하나 이상의 역전류로 구성되는 펄스 전류를 이용하여 전해 도금을 시키는 도금 단계를 포함하고,
상기 정전류의 전류 밀도값이 0.85 A/dm² 이상, 1.0 A/dm² 이하이며, 상기 역전류의 전류 밀도값이 -2.3 A/dm² 이상, -1.7 A/dm² 이하이며,
상기 펄스 전류의 상기 역전류의 전류 밀도값의 상기 정전류의 전류 밀도값에 대한 비(역전류의 전류 밀도값/정전류의 전류 밀도값)의 절대값이 2.0 초과, 2.5 이하이고,
상기 도금 단계의 도금액은 90 g /L 이상, 150 g/L 이하의 CuSO₄, 170 g/L 이상, 250 g/L 이하의 H₂SO₄ 및 60 ppm 이상, 120 ppm 이하의 염소 이온(Cl^-)을 포함하며,
상기 홀은 포고 핀(pogo pin) 삽입용 스루홀(through hole)이고,
상기 홀의 벽면의 도금의 두께가 10μm 이상, 20 μm 이하이며,
도금 완료 후 상기 홀의 입구의 직경이 80μm 이상인,
인쇄회로기판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 정전류 인가 시간의 상기 역전류 인가 시간에 대한 비(정전류의 인가시간/역전류의 인가시간)이 20 이상, 40 이하인,
인쇄회로기판의 제조방법.
제1항에 있어서,
1 펄스의 상기 정전류의 인가 시간이 2 ms 이상, 80 ms 이하이고,
1 펄스의 상기 역전류의 인가 시간이 0.1 ms 이상, 2 ms 이하인,
인쇄회로기판의 제조방법.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 인쇄회로기판에 형성된 각 관통 비어홀 중심 간의 거리가 0.2 mm 이상, 0.4 mm 이하인,
인쇄회로기판의 제조방법.